粉末冶金新工藝3

1、昆明理工大學(xué)材料與冶金學(xué)院 胡勁粉末冶金新技術(shù)胡 勁昆明理工大學(xué)材冶學(xué)院二、電化學(xué)制粉原理電 化 學(xué)以銅電解制粉為例電化學(xué)體系陽極：Cu（純）陰極： Cu粉電解液： CuSO4、H2SO4、H2O電化學(xué)反應(yīng)陰極反應(yīng)：陽極反應(yīng)：三、電化學(xué)制粉的影響因素 電流密度 電解液溫度 攪拌 刷粉周期昆明理工大學(xué)材料與冶金學(xué)院 胡勁生產(chǎn)方法原材料金屬粉末合金粉末化合物粉末包覆粉末還原碳還原金屬氧化物Fe W氣體還原金屬氧化物或鹽類Fe W Mo Ni Co CuFe-W W-Re金屬熱還原金屬氧化物Ta Nb Ti Zr Th UCr-Ni還原化合硼化或碳化硼金屬粉末或金屬氧化物粉末硼化物硅化或硅與金屬氧化

2、物作用硅化物氮化或氮與金屬氧化物作用氮化物氣相還原氣相氫還原氣態(tài)金屬鹵化物W MoCo-W W-MoW/UO2氣相金屬熱還原Ta Nb Ti Zr物理化學(xué)法昆明理工大學(xué)材料與冶金學(xué)院 胡勁物理化學(xué)法生產(chǎn)方法原材料金屬粉末合金粉末化合物粉末包覆粉末化學(xué)氣相沉積氣態(tài)金屬鹵化物化合物粉末和涂層氣相冷凝或離解金屬蒸汽冷凝氣態(tài)金屬Zn Cd羰基物熱離解氣態(tài)金屬羰基物Fe Ni CoFe-NiNi/SiC液相沉淀置換金屬鹽溶液Cu Sn Ag溶液氫還原金屬鹽溶液Cu Ni CoNi-CoNi/Al Co/WC熔鹽沉淀金屬熔鹽Zr Be昆明理工大學(xué)材料與冶金學(xué)院 胡勁物理化學(xué)法生產(chǎn)方法原材料金屬粉末合金粉末

3、化合物粉末包覆粉末從輔助金屬浴中析出金屬或金屬熔體碳化物，硼化物，氮化物，硅化物電解水溶液電解金屬鹽溶液Fe Co Ni AgFe-Ni熔鹽電解金屬熔鹽Ta Nb Ti Zr Th BeTa-Nb碳化物，硼化物，硅化物離子液體電解金屬有機物離子液體電化腐蝕晶間腐蝕，不銹鋼不銹鋼電腐蝕金屬或合金任何金屬任何合金昆明理工大學(xué)材料與冶金學(xué)院 胡勁物理化學(xué)法生產(chǎn)方法原材料金屬粉末合金粉末化合物粉末包覆粉末從輔助金屬浴中析出金屬或金屬熔體碳化物，硼化物，氮化物，硅化物電解水溶液電解金屬鹽溶液Fe Co Ni AgFe-Ni熔鹽電解金屬熔鹽Ta Nb Ti Zr Th BeTa-Nb碳化物，硼化物，硅化物

4、離子液體電解金屬有機物離子液體電化腐蝕晶間腐蝕，不銹鋼不銹鋼電腐蝕金屬或合金任何金屬任何合金昆明理工大學(xué)材料與冶金學(xué)院 胡勁回答三個問題：1、滿足何種條件，還原過程才能進行？2、還原劑任何選擇？3、哪些因素可影響還原過程？昆明理工大學(xué)材料與冶金學(xué)院 胡勁還原法廣義使用范圍原料還原劑舉例備注固體固體FeO+CFe+CO固體碳還原氣體WO3+3H2W+H2O氣體還原熔體ThO2+2CaTh+2CaO金屬熱還原氣體氣體WCl6+3H2W+6HCl氣相氫還原熔體TiCl4+2MgTi+2MgCl2氣相金屬熱還原溶液固體CuSO4+FeCu+FeSO4置換氣體Me(NH3)nSO4+H2Me+(NH4)

5、2SO4+(n-2)NH3溶液氫還原熔鹽熔體ZrCl4+KCl+MgZr+產(chǎn)物金屬熱還原昆明理工大學(xué)材料與冶金學(xué)院 胡勁昆明理工大學(xué)材料與冶金學(xué)院 胡勁昆明理工大學(xué)材料與冶金學(xué)院 胡勁昆明理工大學(xué)材料與冶金學(xué)院 胡勁昆明理工大學(xué)材料與冶金學(xué)院 胡勁昆明理工大學(xué)材料與冶金學(xué)院 胡勁昆明理工大學(xué)材料與冶金學(xué)院 胡勁昆明理工大學(xué)材料與冶金學(xué)院 胡勁1.霧化法制備金屬粉末-低氧含量鐵粉第一章 粉末的制備新技術(shù)生產(chǎn)在無氧氣氛中進行, 并包含一些石蠟,這些分解為碳與氫。碳與鐵反應(yīng), 形成很薄的富碳表面層。碳含量使顆粒的延性降低, 但提高了表面的燒結(jié)活性。在粉末壓塊中, 碳易于擴散到顆粒中心及相鄰的顆粒中,

6、 因而可用于生產(chǎn)不需添加石墨的粉末冶金鋼。瑞典IPS鋼粉公司每年低氧含量霧化鐵粉, 其氧含量低于 (0.015%)。昆明理工大學(xué)材料與冶金學(xué)院 胡勁第一章 粉末的制備新技術(shù) 對于粉末冶金應(yīng)用來說,這種無氧粉末允許使用便宜的合金元素(鉻和錳等)代替鎳和銅。鎳作為戰(zhàn)略性資源，不但價格昂貴，并且還是一種致癌物, 應(yīng)盡量避免使用。這種粉末也很適合于用溫壓與熱等靜壓工藝來生產(chǎn)高強度部件。1.霧化法制備金屬粉末-低氧含量鐵粉昆明理工大學(xué)材料與冶金學(xué)院 胡勁第一章 粉末的制備新技術(shù)2.燒結(jié)硬化粉 為提高燒結(jié)鋼的力學(xué)性能,通常在燒結(jié)后還須進行熱處理。為降低生產(chǎn)成本,開發(fā)了許多燒結(jié)后已硬化、不須再進行熱處理的材

7、料。美國Hoeganaes公司推出了一種燒結(jié)硬化鐵基粉末Ancoresteel737SH,其淬透性與壓縮性均比現(xiàn)有的燒結(jié)硬化材料高。昆明理工大學(xué)材料與冶金學(xué)院 胡勁第一章 粉末的制備新技術(shù) 利用燒結(jié)硬化粉可生產(chǎn)不需要再淬火或很少再淬火和回火的粉末冶金零件；除降低成本外,燒結(jié)硬化可提供更好的公差控制(淬火和回火常引起一定程度的變形)。 這種粉末可用于汽車工業(yè),特別適用于發(fā)動機部件,傳動部件及近終形齒輪等。2.燒結(jié)硬化粉昆明理工大學(xué)材料與冶金學(xué)院 胡勁第一章 粉末的制備新技術(shù)3 軟磁金屬復(fù)合粉制備 目前軟磁復(fù)合材料已得到廣泛應(yīng)用。它們是在純鐵粉顆粒上包覆一層氧化物或熱固化樹脂進行絕緣而制成的。在低

8、頻應(yīng)用中,采用粗顆粒鐵粉與熱固化樹脂混合,獲得高磁導(dǎo)率與低鐵損的材料。高頻應(yīng)用時,顆粒間需要更有效地進行絕緣,因而粒度要更小,以進一步減少渦流損失。它可制成各向同性的軟磁復(fù)合部件,但不需要高溫?zé)Y(jié)。粉末晶粒度增大時,磁導(dǎo)率增大,矯頑力降低。昆明理工大學(xué)材料與冶金學(xué)院 胡勁第一章 粉末的制備新技術(shù)采用燃燒火焰-化學(xué)氣相法生產(chǎn)納米粉末。在此法中,穩(wěn)定的平頭火焰是由低壓燃料/氧氣混合氣的燃燒產(chǎn)生的?；瘜W(xué)母體與燃料一起導(dǎo)入燃燒室,在火焰的熱區(qū)進行快速熱分解。由于燃燒室表面溫度分布良好,氣相逗留時間短以及化學(xué)母體濃度均勻,并在很窄的熱區(qū)進行熱分解,因而能生產(chǎn)出粒度分布集中的高質(zhì)量的納米粉。4.燃燒火焰-

9、化學(xué)氣相法生產(chǎn)納米粉末昆明理工大學(xué)材料與冶金學(xué)院 胡勁第一章 粉末的制備新技術(shù) 目前，該法已用于生產(chǎn)SiO2、TiO2、Al2O3、SnO2、V2O5、ZrO2等氧化物納米粉。該法生產(chǎn)的納米粉末成本十分低廉，按年產(chǎn)100噸納米粉估算,每公斤納米粉的成本不會高于50美元。4.燃燒火焰-化學(xué)氣相法生產(chǎn)納米粉末昆明理工大學(xué)材料與冶金學(xué)院 胡勁第一章 粉末的制備新技術(shù)5.激光生產(chǎn)納米粉末 美國采用普通攪拌器、激光與便宜的反應(yīng)材料,可快速、便宜、干凈地生產(chǎn)1100nm的銀粉與鎳粉。昆明理工大學(xué)材料與冶金學(xué)院 胡勁第一章 粉末的制備新技術(shù) 例如,將硝酸銀溶液與一種還原劑導(dǎo)入攪拌器中,用激光短時照射混合物,

10、同時進行攪拌。當(dāng)激光脈沖射到液體時，形成極小的“熱點”,使硝酸銀與還原劑發(fā)生反應(yīng),生成極小的銀顆粒。通過改變激光強度、攪拌器轉(zhuǎn)速與反應(yīng)成分,可控制銀粉粒度,在一定程度上也可控制顆粒形狀。5.激光生產(chǎn)納米粉末昆明理工大學(xué)材料與冶金學(xué)院 胡勁第一章 粉末的制備新技術(shù) 該法生產(chǎn)速度為0.5-30g/min,比其他納米粉末制備方法生產(chǎn)率高。本方法所用反應(yīng)材料不污染環(huán)境，而以前生產(chǎn)銀粉所用的聯(lián)氨是一種致癌物。用這種方法生產(chǎn)的銀粉可用于制造焊料、牙科填料、電路板、高速攝影膠片等。5.激光生產(chǎn)納米粉末昆明理工大學(xué)材料與冶金學(xué)院 胡勁第一章 粉末的制備新技術(shù)6.電爆炸金屬絲制取納米粉大功率電脈沖施于氬氣保護的

11、金屬絲上,并受到大功率脈沖產(chǎn)生的特殊場約束。柱形等離子體被加熱到15000以上高溫,因而電阻劇增,引起特殊場崩潰。金屬蒸氣的高壓引起爆炸,產(chǎn)生沖擊波,形成的金屬氣溶膠快速絕熱冷卻,制得納米粉。昆明理工大學(xué)材料與冶金學(xué)院 胡勁第一章 粉末的制備新技術(shù) 此法可生產(chǎn)鋁、鎳、銀、銅、鋅、鉑、鉬、鈦、鋯、銦、鎢及其合金粉. 這些粉末可用于推進劑、炸藥、煙火、金屬與陶瓷的粘結(jié)、助燒結(jié)劑、催化劑、合成有機金屬化合物等。6.電爆炸金屬絲制取納米粉昆明理工大學(xué)材料與冶金學(xué)院 胡勁第一章 粉末的制備新技術(shù)7.機械化學(xué)法生產(chǎn)廉價的納米粉末 澳大利亞開發(fā)出一種機械化學(xué)法,可廉價生產(chǎn)納米金屬粉與陶瓷粉。它采用球磨機來激

12、活化學(xué)反應(yīng),使形成極細的納米金屬或化合物晶粒,再分離與提取微細晶粒。例如機械研磨FeCl3,由鈉、鈣或鋁將其還原為鐵與氯化物的混合物。用適當(dāng)洗滌法去除氯化物后,便可得到納米鐵顆粒。昆明理工大學(xué)材料與冶金學(xué)院 胡勁第一章 粉末的制備新技術(shù) 這一方法可成功生產(chǎn)1020nm的粉末,化學(xué)純度高,表面氧化物低于10%15%。也可生產(chǎn)氧化物粉末,粒度小于5nm。 潛在高技術(shù)應(yīng)用:切削工具、先進陶瓷、高密度磁記錄介質(zhì)、磁流體、催化劑等。7.機械化學(xué)法生產(chǎn)廉價的納米粉末昆明理工大學(xué)材料與冶金學(xué)院 胡勁第一章 粉末的制備新技術(shù)8.聲化學(xué)制取納米金屬粉美國科學(xué)家采用聲化學(xué)技術(shù)制取納米金屬粉。聲化學(xué)是研究液體中高強度超聲波產(chǎn)生的小氣泡的形成、長大與內(nèi)向破裂等現(xiàn)象的學(xué)科。昆明理工大學(xué)材料與冶金學(xué)院 胡勁第一章 粉末的制備新技術(shù)這些超聲波氣泡的破裂,產(chǎn)生很強的局部加熱而在冷液中形成“熱點”,瞬時溫度約為5000,壓力約1GPa,持續(xù)時間約10億分之一秒。 粗略而形象地說,上述這些數(shù)據(jù)相當(dāng)于太陽的表面溫度,大洋底部的壓力,閃電的時間。當(dāng)氣泡破裂時,氣泡內(nèi)所含金屬的易揮發(fā)化合物分解成單個金屬原子,而后聚集為原子簇。這些原子簇含有